Изучение отдаленных эффектов 1,3-дихлорбутена-2

УДК 613.632
Изучение отдаленных эффектов
1,3-дихлорбутена-2 в эксперименте
М.С. Мнацаканян
Кафедра гигиены Национального института здравоохранения
МЗ РА
0051, Ереван, ул. Комитаса, 49/4
Ключевые слова: 1,3-дихлорбутен-2, отдаленные эффекты, гонадотоксическое действие,
эмбриотоксическое действие, цитогенетическое действие
1,3-Дихлорбутен-2 (1,3-ДХБ) является побочным продуктом производства
хлоропрена из ацетилена, а также промежуточным продуктом в производстве 2,3дихлорбутадиена-1,3,
основного
мономера
в
производстве
хлоропрендихлорбутадиеновых каучуков на ЗАО “Наирит-1”. Мировое производство 1,3-ДХБ (в
США, Японии и Германии) в 2002г. составило 5000 т [19].
Первые сообщения о токсических свойствах 1,3-ДХБ появились в литературе в
середине 30-х годов прошлого столетия [6,12]. В дальнейшем большой вклад в изучение
токсических свойств этого вещества внесли армянские ученые [1,4,7,10]. Выявлено, что
1,3-ДХБ является ядом политропного действия и вызывает функциональные и морфологические изменения в центральной нервной системе, печени, почках, миокарде,
надпочечниках и других внутренних органах. Установлены предельно допустимые
концентрации (ПДК) этого соединения в воздухе рабочей зоны и в воде водоемов,
соответственно на уровнях 1,0 мг/м3 и 0,05 мг/л [1,13]. У рабочих, контактирующих с 1,3ДХБ в цехе гидрохлорирования моновинилацетилена, выявлены болезни нервной
системы (невралгия), желудочно-кишечного тракта (гастрит, гепатохолецистит, цирроз
печени), сердечно-сосудистой системы (миокардиодистрофия, кардиосклероз) [1]. При
контакте 1,3-ДХБ с кожей рабочих наблюдается выраженный раздражающий эффект [15].
Однако
исследования
отдаленных
эффектов
–
гонадотоксического,
эмбриотоксического и мутагенного действия 1,3-ДХБ до сих пор не проводились.
В рамках исследований по разработке ПДК 1,3-ДХБ в атмосферном воздухе мы
попытались восполнить этот пробел и изучить гонадотоксическое, эмбриотоксическое и
цитогенетическое действие 1,3-ДХБ, что и являлось целью настоящей работы.
Материал и методы
Гонадотоксическое действие 1,3-ДХБ изучали на половозрелых белых
беспородных крысах-самцах массой 150-170 г при ингаляционном круглосуточном
воздействии в течение 2,5 месяцев, исходя из продолжительности цикла сперматогенеза
(48 дней) и времени прохождения сперматозоидов через канальцы придатка семенников
(около 4 недель) [9,11]. В двух опытных и контрольной группах было по 19-20 животных.
Опытные группы затравлялись 1,3-ДХБ в концентрациях: I серия – 1,19 мг/м3 , II серия –
0,31 мг/м3. Возможный гонадотоксический эффект
1,3-ДХБ оценивали по
функциональным методам исследования – длительности движения сперматозоидов, их
концентрации (количеству), соотношению (проценту) мертвых и дегенеративных форм
сперматозоидов, осмотической резистентности сперматозоидов, а также по
морфометрическому методу исследования – индексу сперматогенеза, количеству
канальцев со слущенным зародышевым эпителием и количеству сперматогоний [11].
Морфометрическое исследование проведено на парафиновых гистологических срезах
семенников. При этом гистологическому исследованию подвергали семенники 7
животных из каждой группы.
Гонадотоксическое действие 1,3-ДХБ исследовали также у крыс-самок. В последние
20 дней затравки в хроническом круглосуточном опыте у 10 животных из каждой серии и
контрольной группы изучали эстральный цикл, при этом учитывали продолжительность
отдельных стадий эстрального цикла, среднее число и среднюю продолжительность
эстральных циклов [9].
Эмбриотоксическое действие 1,3-ДХБ исследовали также на белых крысах при
ингаляционной круглосуточной затравке в течение всего срока беременности (21 день). В
опытные и контрольные группы брали по 13-15 беременных животных, которых
затравляли в концентрациях 1,30 мг/м3 (I серия) и 0,39 мг/м3 (II серия ). На 21-й день
беременности крыс забивали, вскрывали и учитывали число живых и мертвых плодов,
число желтых тел беременности в яичниках, количество мест имплантаций и мест
резорбций, по которым определяли величину общей эмбриональной смертности,
постимплантационной и доимплантационной гибели эмбрионов, определяли массу и
размеры плодов и плацент, высчитывали плацентарно-плодовый коэффициент. На
макроскопических срезах плодов оценивали состояние различных органов [11].
Цитогенетическое действие 1,3-ДХБ изучали на 72 половозрелых крысах-самцах,
по 6 животных в группах. Исследования проводились при трех сроках воздействия 1,3ДХБ: 24 часа, 14 и 90 дней [8,9], в концентрациях соответственно 1,44 мг/м3 (I серия) и
0,47 мг/м3 (II серия); 1,41 мг/м3 (I серия)и 0,33 мг/м3 (II серия); 1,19 мг/м3 (I серия)и 0,31
мг/м3 (II серия). Показателем цитогенетического действия служило количество
хромосомных аберраций в клетках костного мозга крыс.
Результаты и обсуждение
Исследования показали, что круглосуточное воздействие 1,3-ДХБ на крыс-самцов в
концентрации 1,19 мг/м3 вызывает умеренно выраженное гонадотоксическое действие,
характеризующееся статистически недостоверным, но существенным и
дозозависимым снижением концентрации сперматозоидов и увеличением среди
них количества мертвых форм, уменьшением продолжительности движения
сперматозоидов и увеличением количества канальцев со слущенным эпителием
(табл. 1). При затравке животных 1,3-ДХБ в концентрации 0,31 мг/м3 изменения
были близки к контрольной группе. В первой серии опытов у крыс-самок отмечено
некоторое уменьшение среднего числа эстральных циклов и увеличение их
продолжительности (табл. 2).
Таблица 1
Показатели гонадотоксического действия 1,3-ДХБ у крыс-самцов
Показатели
Контроль
Концентрация 1,3-ДХБ,
мг/м3
1,19
Число крыс-самцов в группах
19
20
0,31
19
Массовые коэффициенты семенников
11,6±0,32
11,3±0,33
11,6±0,40
Концентрация сперматозоидов, млн
43,7±3,0
38,8±3,42
43,9±3,2
Количество мертвых сперматозоидов,
%
45,0±2,3
50,4±2,3
46,2±2,9
Осмотическая резистентность
сперматозоидов
3,23±0,38
3,20±0,08
3,34±0,09
Длительность движения
сперматозоидов, мин
358,4±24,5
315,7±17,4
347,1±18,0
Индекс сперматогенеза
3,82±0,03
3,75±0,06
3,76±0,04
Количество канальцев со слущенным
эпителием
1,86±0,56
2,43±0,84
2,0±0,42
Количество сперматогоний
35,4±0,88
35,6±0,80
36,5±0,95
Таблица 2
Показатели гонадотоксического действия 1,3-ДХБ у крыс-самок
Показатели
Число крыс-самок в группах
Продолжительность отдельных стадий
эстрального цикла, дни:
– эструс
– метаэструс
– диэструс
– проэструс
Среднее число эстральных циклов на 1
самку за 20 дней
Средняя продолжительность
эстрального цикла, дни
Контроль
Концентрация 1,3-ДХБ,
мг/м3
1,19
0,31
19
20
19
2,8±0,2
7,6±0,3
7,6±0,3
2,0±0,2
2,5±0,2
7,9±0,3
7,5±0,3
2,1±0,1
2,8±0,2
7,8±0,5
7,2±0,3
1,7±0,2
2,6±0,1
2,4±0,1
2,5±0,1
7,9±0,3
8,6±0,3
8,3±0,3
В
литературе
имеются
сообщения
о
специфическом
избирательном
гонадотоксическом действии близких по структуре с 1,3-ДХБ соединений: хлоропрена
[5], 2,3-дихлорбутадиена-1,3 [2]
и
3,4-дихлорбутена-1 [3]. Однако 1,3-ДХБ при
хроническом круглосуточном воздействии в низких концентрациях вызывал умеренно
выраженное гонадотоксическое действие.
Эмбриотоксический эффект круглосуточного воздействия 1,3-ДХБ был более
выражен, чем гонадотоксический, и проявлялся статистически значимым повышением
доимплантационной гибели, существенным, но недостоверным увеличением общей
эмбриональной смертности, а также снижением количества живых плодов и мест имплантаций, уменьшением краниокаудального размера плодов, снижением количества
нормальных плодов, повышением количества плодов с кровоизлияниями в брюшной
полости. Однако, несмотря на перечисленное, вряд ли можно говорить об избирательном
эмбриотоксическом действии 1,3-ДХБ, поскольку эти изменения развивались на уровне
порога хронического действия исследуемого соединения (1,31 мг/м3), вероятно в
результате первичного токсического действия на организм. Учитывая хорошую
жирорастворимость 1,3-ДХБ и фактическое отсутствие плацентарного барьера, не
исключается возможность прямого действия этого вещества на развивающийся плод с
повреждением мембранных структур и развитием кровоизлияний и отека.Повышенные
показатели кровоизлияний в различные части тела плодов, особенно в брюшной
полости, говорят о нарушении проницаемости базальных мембран кровеносных сосудов
и капилляров (табл. 3).
В наших опытах 1,3-ДХБ обладал умеренно выраженным цитогенетическим
действием, характеризующимся значительным, но недостоверным увеличением
количества хромосомных аберраций в клетках костного мозга животных, особенно при
интоксикации в течение 14 дней в концентрации 1,41 мг/м3 (табл. 4). При всех сроках
воздействия установлено преобладание единичных фрагментов разных размеров, что
характерно для большинства хлорорганических соединений. Парные фрагменты
обнаруживались в небольшом количестве.
Таблица 3
Показатели эмбриотоксического действия 1,3-ДХБ у крыс
при воздействии в течение всей беременности
Показатели
Число самок в группах
Число желтых тел беременности
14
Концентрация 1,3-ДХБ,
мг/м3
1,30
0,39
15
13
10,3±0,39
Количество живых плодов
10,4±0,47
9,3±0,39
8,4±0,55
8,9±0,41
Число резорбций на 1 самку
0,43±0,08
0,57±0,16
0,46±0,08
Количество мест имплантаций
Общая эмбриональная смертность,
%
Доимплантационная гибель плодов,
%
Постимплантационная гибель
плодов, %
Масса плодов, г
Краниокаудальный размер плодов,
см
Масса плацент, г
9,7±0,39
8,9±0,63
9,4±0,41
10,7±2,6
11,9±2,8
18,1±3,2
5,2±1,8
13,9±2,8*
8,5±2,4
4,8±1,9
5,9±1,9
4,8±1,9
3,61±0,11
3,51±0,11
3,65±0,13
3,78±0,10
3,60±0,07
3,61±0,10
0,51±0,01
0,50±0,01
0,51±0,02
1,28±0,02
1,26±0,02
1,29±0,02
0,14±0,004
0,14±0,002
0,13±0,003
67
65
66
55,2±6,1
48,2±6,2
59,1±6,0
8,9±3,5
10,8±3,8
9,1±3,5
7,5±3,2
9,2±3,6
7,7±3,3
11,9±4,0
18,5±4,8
13,8±4,2
14,9±4,3
16,9±4,6
15,4±4,4
Диаметр плацент, см
Плацентарно-плодовый
коэффициент
Число исследованных плодов
Количество нормальных плодов, %
Количество кровоизлияний в голове,
%
Количество кровоизлияний в
грудной полости, %
Количество кровоизлияний в
брюшной полости, %
Количество кровоизлияний в
подкожной клетчатке, %
•
Контроль
10,3±0,33
P<0,05
В литературе имеются сведения об избирательном цитогенетическом действии двух
структурных гомологов 1,3-ДХБ: 1,4-дихлорбутена-2 и 3,4-дихлорбутена-1[4], а также
многих других ненасыщенных хлорорганических соединений [14,17,18]. Согласно этим
данным, ненасыщенные соединения при метаболизме образуют эпоксиды с
выраженными мутагенными свойствами, а насыщенные – непосредственным
гидроксилированием образуют спирты, мутагенная активность которых выражена слабо.
Отметим также, что, согласно классификации Международного агентства по изучению
рака (IARC), структурный аналог 1,3-ДХБ 1,3-дихлорпропен относится к возможным
канцерогенам для человека (группа 2B) [16].
Таблица 4
Показатели цитогенетического действия 1,3-ДХБ у крыс
Сроки
затравки
24 часа
14 дней
90 дней
Концентрация
1,3-ДХБ, мг/м3
1,44
0,47
контроль
1,41
0,33
контроль
1,19
0,31
контроль
Число
животных
в группе
6
6
6
6
6
6
6
6
6
Число
просмотренных
метафаз
600
600
600
600
600
600
600
600
600
Хромосомные
аберрации, %
4,02±0,55
3,58±0,67
3,65±0,72
4,33±0,85
3,52±0,64
3,00±0,51
5,33±0,85
4,65±0,61
4,83±0,68
Таким образом, 1,3-ДХБ в низких концентрациях круглосуточного ингаляционного
воздействия на белых крыс обладает умеренно выраженным гонадотоксическим,
эмбриотоксическим и цитогенетическим действием.
Учитывая литературные сведения о выраженных токсических свойствах 1,3- ДХБ в
острых, подострых и хронических опытах [1,4,7,10], его биологическую активность
(ненасыщенность, наличие атома хлора в аллильном положении и двойной связи в
молекуле, жирорастворимость), высокую упругость его паров, способных быстро
распространяться
в
атмосфере,
а
также
выраженные
эмбриотоксическое,
гонадотоксическое и мутагенное действие многих родственных с ним соединений, можно
с уверенностью говорить об определенной потенциальной опасности выбросов 1,3-ДХБ
для населения близлежащих к этому производству населенных пунктов.
Поступила 03.12.07
Study of long-term effects of 1,3-dichlorobutene-2 in the experiment
M.S. Mnatsakanyan
In rats chronic (3 months) twenty-four-hour inhalation exposure to 1,3-dichlorobutene-2 at 1,191,41 mg/m3 concentration posseses moderately marked embryotoxic, gonadotoxic and cytogenetic effects.
The gonadotoxic effect is characterized by a lowering of spermatozoa concentration and a decrease
in its movement duration. The embryotoxic effect is characterized by a decrease in alive fetus number,
increase in the specific gravity of fetus preimplantation death, reduction of fetus weight and diminishing
of its size, rise of extravasation quantity in internal organs of fetus. The mutagenic effect is expressed by
a chromosome aberration increase in the rat bone marrow.
Литература
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
Барсегян Г.Б. Токсикологическая и гигиеническая характеристика 1,3-дихлорбутена-2. Автореф. канд.
дис. Ереван, 1974.
Варданян М.В. и др. Изучение гонадотоксического действия дихлорбутадиена в хроническом опыте.
Гигиена и санитария, 1976, 8, с. 96-99.
Гижларян М.С. и др. Гонадотоксическое действие 3,4-дихлорбутена. Ж. эксперим. и клин. мед., 1981, 5, с.
499-503.
Гижларян М.С. Гигиеническая регламентация хлорзамещенных бутенов и бутадиенов и связь между их
структурой и токсичностью. Автореф. докт. дис. Киев, 1986.
Давтян Р.М. Токсикологическая характеристика действия хлоропрена на репродуктивную функцию.
Автореф. канд. дис. М., 1974.
Закусов В.В. Токсическое действие непредельных углеводородов и их производных, встречающихся в
производстве каучука из ацетилена. Эксперим. исслед. по пром. ядам. Л., 1936, вып. 25, с. 118-124.
Межлумян Л.М. Изучение функционального состояния печени животных при воздействии 1,3дихлорбутена-2. Автореф. канд. дис. Ереван, 1974.
Методические указания: Метод учета хромосомных аберраций как биологический индикатор влияния
факторов внешней среды на человека. М., 1974.
Методические указания по обоснованию предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих
веществ в атмосферном воздухе населенных мест. М., 1989.
Мхеян В.Е. Экспериментальные данные о влиянии дихлор-1,3-бутена-2 на организм животных. Автореф.
канд. дис. Ереван, 1959.
Саноцкий И.В., Фоменко В.Н. Отдаленные последствия влияния химических соединений на организм. М.,
1979.
Стародубская Р.С. Патологоанатомические изменения в организме, наблюдаемые при острых и
повторных отравлениях животных дихлорбутеном. Эксперим. исслед. по пром. ядам. Л., 1936, в. 75, с.
134-137.
Хачатрян М.К. Экспериментальное обоснование предельно допустимой концентрации дихлорбутена в
воде водоемов. Санитарная охрана водоемов от загрязнений промышленными сточными водами. М.,
1962, вып. 5, с. 44-61.
Bartisch H. et al. Alkylating and mutagenic metabolites of halogenated olefines produced by human and animal tissue, Proc.
Amer. Ass. Cancer Res., 1976, 17, p. 17-26.
Hazardous Substances Data Bank. 1,3-Dichloro-2-butene, HSN 1500. Bethesda, MD, National Library of Medicine, 1998.
Lomax L. G. et al. The chronic toxicity and oncogenicity of inhaled technical grade 1,3-dichloropropene in rats and mice,
Fund. Appl. Toxicol., 1989, 12, p. 418-431
Manson M.M. Epoxides – is there a human health problem? Brit. J. Industr. Med., 1980, 37, 4, p. 317-336.
Schneider et al. 1,3-Dichloropropene Epoxides: Intermediates in Bioactivation of the Promutagen 1,3-Dichloropropene,
Chemical Research in Toxicology, 1998, 11, p. 1137-1144.
SIDS Initial Assessment Report; OECD SIDS, 2-Buten-1,3-dichloro, UNEP Publications, Paris, France, 18-21 April, 2006,
p. 1-131.